Une équipe de scientifiques de l'ASU et de l'Université Jiao Tong de Shanghai (SJTU) dirigée par Hao Yan, Le professeur Milton Glick de l'ASU à l'École des sciences moléculaires, et directeur du Centre de conception moléculaire et de biomimétique de l'ASU Biodesign Institute, vient d'annoncer la création d'un nouveau type de structures méta-ADN qui ouvrira les domaines de l'optoélectronique (dont le stockage et le cryptage de l'information) ainsi que la biologie synthétique.

Cette recherche a été publiée aujourd'hui dans Chimie de la nature — en effet, le concept d'auto-assemblage de méta-ADN peut totalement transformer le monde microscopique de la nanotechnologie structurelle de l'ADN.

Il est de notoriété publique que la nature prévisible de l'appariement de bases Watson-Crick et les caractéristiques structurelles de l'ADN ont permis à l'ADN d'être utilisé comme élément de base polyvalent pour concevoir des structures et des dispositifs nanométriques sophistiqués.

"Une étape importante dans la technologie de l'ADN a certainement été l'invention de l'origami ADN, où un long ADN simple brin (ssDNA) est plié en des formes désignées à l'aide de centaines de courts brins d'ADN discontinus, " a expliqué Yan. " Cependant, il a été difficile d'assembler des architectures d'ADN de plus grande taille (du micron au millimètre) qui, jusqu'à récemment, limitaient l'utilisation de l'origami à ADN. " Les nouvelles structures de la taille du micron sont de l'ordre de la largeur d'un cheveu humain. qui est 1000 fois plus grand que les nanostructures d'ADN originales.

Depuis qu'il a fait la couverture de Science Magazine en 2011 avec leurs élégantes nanostructures d'origami d'ADN, Yan et ses collaborateurs ont travaillé sans relâche, en s'inspirant de la nature, cherchant à résoudre des problèmes humains complexes.

"Dans cette recherche actuelle, nous avons développé une stratégie polyvalente de "méta-ADN" (M-ADN) qui a permis à diverses structures d'ADN de taille sub-micrométrique à micrométrique de s'auto-assembler d'une manière similaire à la façon dont de simples brins d'ADN courts s'auto-assemblent à la niveau nanométrique, " dit Yan.

Le groupe a démontré qu'une nanostructure d'origami d'ADN en faisceau à 6 hélices à l'échelle submicrométrique (méta-ADN) pouvait être utilisée comme un analogue agrandi de l'ADN simple brin (ADNsb), et que deux méta-ADN contenant des "paires de méta-bases" complémentaires pourraient former des doubles hélices avec une main programmée et des pas hélicoïdaux.

En utilisant des blocs de construction méta-ADN, ils ont construit une série d'architectures d'ADN à l'échelle submicrométrique à micrométrique, y compris les jonctions méta-multi-bras, polyèdres 3D, et divers réseaux 2-D/3-D. Ils ont également démontré une réaction de déplacement de brin hiérarchique sur le méta-ADN pour transférer les caractéristiques dynamiques de l'ADN au méta-ADN.

Avec l'aide du professeur assistant Petr Sulc (SMS), ils ont utilisé un modèle informatique à gros grains de l'ADN pour simuler la structure de l'ADN-M double brin et comprendre les différents rendements des structures gauchers et droitiers qui ont été obtenus. .

Plus loin, en changeant simplement la flexibilité locale de l'ADN-M individuel et leurs interactions, ils ont pu construire une série de structures d'ADN submicrométriques ou micrométriques de 1D à 3D avec une grande variété de formes géométriques, y compris les méta-jonctions, tuiles méta-doubles croisées (M-DX), tétraèdres, octaèdres, prismes, et six types de treillis serrés.

À l'avenir, circuits plus compliqués, moteurs moléculaires, et les nanodispositifs pourraient être conçus de manière rationnelle à l'aide de l'ADN-M et utilisés dans des applications liées à la biodétection et au calcul moléculaire. Cette recherche permettra la création de structures d'ADN dynamiques à l'échelle du micron, qui sont reconfigurables lors de la stimulation, nettement plus réalisable.

Les auteurs prévoient que l'introduction de cette stratégie M-DNA transformera la nanotechnologie de l'ADN de l'échelle nanométrique à l'échelle microscopique. Cela créera une gamme de structures statiques et dynamiques complexes à l'échelle submicrométrique et micrométrique qui permettront de nombreuses nouvelles applications.

Par exemple, ces structures peuvent être utilisées comme un échafaudage pour modéliser des composants fonctionnels complexes qui sont plus grands et plus complexes qu'on ne le pensait auparavant. Cette découverte peut également conduire à des comportements plus sophistiqués et complexes qui imitent des cellules ou des composants cellulaires avec une combinaison de différentes réactions de déplacement de brin hiérarchique basées sur l'ADN-M.